1、水轮机计算机辅助水力设计,基于CFD水力机械水力设计一般过程 水力机械转轮的计算机辅助设计（CAD） 水力机械优化设计算例,基于CFD水轮机水力设计一般过程,给定设计要求及任务 进行初步水力设计以及在现有的模型库中寻找与其相近的模型 对现有模型在该设计要求下进行全面CFD分析 （CADCFD） 改进设计（CADCFD） 全面分析新改进设计 （CFD） 最终给出水力设计图纸等 （CAD） （进一步进行模型试验）,水轮机CADCFD一般步骤,全流道三维建模 网格划分 边界条件设置 CFD求解 结果分析（内特性分析，外特性分析） 改进设计，进一步,水轮机全流道,根据水轮机流道图，蜗壳单线图，固定导叶
2、（座环）图纸，活动导叶及导叶分布图，转轮木模图，尾水管单线图，利用三维CAD软件进行三维造型，常用软件有Unigraphics ，pro-e，gambit等等。,网格划分,利用网格划分软件对水轮机全流道进行网格的划分，常用的网格划分软件有gambit，ANSYS-ICEM/CFD。,边界条件设置,进口,出口,转动域设置,网格交接面,导入网格,给定全压（水头）和速度方向 给定进口流量和速度方向 给定进口速度,进口边界条件设置,给定出口压力 给定出口流量 给定出口速度,出口边界条件设置,转动域设置,给定转速 参考坐标轴,选择湍流模型 壁面函数 能量方程,湍流模型,迭代次数 收敛水平 离散阶数,计算
3、参数,CFD求解,结果分析,外特性分析水力效率，水力损失等 内特性分析速度分布，压力分布等,通过分析，找出存在问题的根本原因，才是解决问题的关键。,水力效率分析,水力损失分析,水力损失：,转轮转换效率：,速度分布,压力分布,全压分布,水力机械转轮的CAD设计,水力机械转轮的专业CAD软件,符合水力机械水力设计的特点 便于叶轮的快速生成及修改 各大水力机械生产厂家都开发了自己的专业转轮CAD软件，如GE公司的BLADE-X等。 通过通用的透平机械CAD软件，如ansys-bladegen, numeca-design3d,What is BladeGen?,BladeGen is a compo
4、nent of ANSYS BladeModeler. The BladeModeler software is a specialized, easy-to-use tool for the rapid 3-D design of rotating machinery components. the software can be used to design axial, mixed-flow and radial blade components in applications such as pumps, compressors, fans, blowers, turbines, ex
5、panders, turbochargers, inducers and others.,Meridional View,Auxiliary View,Angle View,Thickness View,Z,R,Meridional View,Hub,Shroud,进口边,出口边,Angle View,叶片型线微分方程,Thickness View,Auxiliary View,Blade to Blade View,Meridional View,Auxiliary View,Angle View,Thickness View,如何从木模图 bladegen文件,Hub Shroud Bla
6、de,iges,从BladeGen 造型软件和网格划分,水轮机水力优化设计算例,工程背景： 轴流定浆式水轮机，转轮直径1m，机组要求最大出力320kW，机组最高水头hmax=7.2m，设计水头H=6.5m。 由于该机组结构设计时，原有水力设计的流道，包括固定导叶，活动导叶，尾水管，导致机组最大出力只有240kW。 要求在新流道的机组上，优化设计，使最大出力达到320kW。,1. 对原有机组进行全流道CFD计算,Q=5.7 m3/s H=6.5 m P=204 MW,水力损失： 蜗壳+固定导叶+活动导叶:1 .05 m 尾水管: 1 m 机组装置水力效率：72%,尾水管内速度分布,寻找原因？如何改进？,转轮出口速度分布,固定导叶改进,转轮优化,改进叶轮,输出改进设计CAD,输出至ICEM CFD进行网格划分,新转轮的CFD计算,总结,水力机械CADCFD一般步骤 BladeGen的原理 水力机械优化设计原则,
